Sehneidmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnittquali¬ tätserfassung einer Schneidmaschine für Papier, Pappe oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Buchbinderei werden Papier, Pappe oder dergleichen geschnitten, indem Schneidgutstapel mittels Schneidma¬ schinen, z.B. Schnellschneidern oder Dreischneidern mit glattem Schnitt zerteilt werden. Die Schnittqualität bestimmt dabei wesentlich die Qualität und Maßhaltigkeit des Enderzeugnisses. Bei schlechter Schnittqualität ist das Enderzeugnis meist nicht mehr verwertbar, wodurch auch säm liche vorangegangenen Bearbeitungsmaßnahmen hinfällig werden und somit ein erheblicher Schaden eintritt .

Bisher wurde die Schni tqualität einer SchneidgutCharge von Zeit zu Zeit durch das Bedienungspersonal überwacht und bei abnehmender Schnittqualität wurden entsprechende Einstell- und Wartungsmaßnahmen vorgenommen oder Wartungsmaßnahmen wurden vorsorglich in bestimmten Zeitabständen oder nach einer vorgegeben Anzahl von Schnitten durchgeführt.

Dies ist jedoch unökonomisch, denn im ersten Fall kann bereits ein erheblich Teil des geschnittenen Nutzens unbrauchbar geworden sein, ehe die mangelhafte Schnitt¬ qualität entdeckt wird, während im zweiten Fall unnötig hohe Stillstandszeiten und Wartungskosten entstehen können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Schnittqualitätserfassung einer Schneidma¬ schine durch automatische Auswertung wesentlicher Schnittparameter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbe¬ griff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Maßnahmen gelöst.

Schnittparameter, die den Schnittverlauf bei verschie¬ denen Materialien beeinflussen, sind der Messerfasenwin¬ kel, die Messerschärfe, die Einsatzhöhe, der Preßdruck auf den Sehneidgutstape1 , die Faserrichtung des Schneid- gutes sowie die Schnitt länge. Ein sich im Laufe der Bear¬ beitung von Schneidgut ändernder Schnittparameter ist die Messerschärfe.

Die Messerschärfe nimmt durch Verschleiß stetig ab, was sowohl zu einer Erhöhung der aufzubringenden Betätigungs¬ kraft, die zum Durchtrennen des Schneidgutstapels erfor¬ derlich ist, als auch zu einer größeren Durchbiegung des Schneidmessers führt .

Daher bilden sowohl die aufzubringende Betätigungskraft als auch die Durchbiegung ein Kriterium für die Messer¬ schärfe und können einzeln oder in Kombination zur Beur¬ teilung der Schnittqualität automatisch ausgewertet werden.

Vorzugsweise wird die Betätigungskraft als Dehnung oder Stauchung an einer Betä igungsstange erfaßt.

Hier treten die den Schneidwiderstand überwindenden resultierenden Kräfte auf und Veränderungen des Schneid-

Widerstandes wirken sich eindeutig als Betragsveränderung der Betätigungskraft aus. Aus geometrischen Gründen ist die Dehnung oder Stauchung in der Betätigungsstange am größten, wodurch sich eine hohe Meßgenauigkeit ergibt.

Die Durchbiegung läßt sich zweckmäßig als Oberflächendeh- nung an der Oberfläche des Schneidmessers oder des Messerhalters erfassen.

Dies beruht auf der Überlegung, daß bei endlicher Dicke eines durchgebogenen Körpers die Oberfläche auf der einen Seite gedehnt wird, während sie auf der gegenüberliegen¬ den Seite gestaucht wird.

Bei der Auswer-tung der Betätigungskraft kann einmal der nach dem Aufsetzen und vor dem Durchtrennen auftretende Wert mit einem von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängigen Sollwert verglichen werden.

Der in diesem Zeitpunkt gemessene Wert stellt nach Verdichten des Schneidgutstapels die Betätigungskraf dar, die zur Überwindung des Schneidgutwiderstandes aufgebracht werden muß. Bei scharfem Sehneir-messer gibt es unter Berücksichtigung der Stapelhöhe und der Schneid¬ gutart einen Nennwiderstand, der sich mit einem Toleranz-

Zuschlag als Sollwert verwenden läßt. Weicht der tatsäch¬ liche Wert vom Sollwert ab, so läßt dieser Umstand auf einen fehlerhaften Schnittparameter, Insbesondere auf nachlassende Messerschärfe schließen.

Vorzugsweise wird bei Überschreiten des Sollwertes ein Messerwechsel-Signal ausgelöst.

Dieses Signal kann das Bedienungspersonal optisch oder akustisch auf einen fälligen Messerwechsel hinweisen oder auch die Schneidmaschine stillsetzen, wenn der Messer¬ wechsel nicht nach einer Warnzeit vorgenommen wird.

Alternativ oder zusätzlich kann auch bei der Auswertung der Betä igungskraft der nach dem Aufsetzen auftretende zeitliehe Verlauf des Wertes mit einem von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängigen Sollverlauf verglichen werden.

Der zeitliche Verlauf der Betätigungskraft gibt Aufschluß über die Elastizität des Sehneidgutstapeis. Eine zu hohe Elastizität kann zu einem Verkeilen des Schneidmessers oder zu einer Mitnahme der oberen Lagen des Schneidgutes führen, wodurch ein schräger Schnitt Zustandekommen kann.

Vorzugsweise wird bei einem flacheren zeitlichen Verlauf des Wertes als dem Sollverlauf eine Erhöhung des Pre߬ druckes auf den SchneidgutStapel vorgenommen oder ein Einsatzhöheverringerungs-Signal ausgelöst .

Hierdurch läßt sich automatisch oder manuell die Elasti¬ zität des Schneidgutstapeis auf denjenigen Wert verän¬ dern, der eine gute Schnittqualität gewährleistet.

Bei der Auswertung der Durchbiegung kann der nach dem Aufsetzen und vor dem Durchtrennen auftretende Wert mit einem von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängigen Sollwert verglichen werden.

Eine zu hohe Durchbiegung des Schneidmessers führt auch zu einer mangelhaften Maßhaltigkeit des Nutzens. Neben abnehmender Messerschärfe kann ein zu hoher Preßdruck auf den Schneidgutstapel oder eine zu große Einsatzhöhe für die Durchbiegung verantwortlich sein. Eine differenzierte Diagnose wird durch gemeinsame Auswertung der Betäti¬ gungskraft und der Durchbiegung erleichtert.

Bei überschreiten des Sollwertes kann dann eine Verminde¬ rung des Preßdruckes auf den Schneidgutstapel vorgenommen oder nach Verminderung des Preßdruckes ein Einsatzhöhe-

verringerungs-Signal oder nach Verringerung der Einsatz¬ höhe ein Messerwechsel-Signal ausgelöst werden.

Es wird so ermöglicht, zuerst automatisch eine Verände¬ rung der Schnittparameter herbeizuführen, um die Schnitt¬ qualität zu optimieren. Schlägt dies fehl, so lassen sich andere Ursachen überprüfen, bis die maßgebliche Ursache gefunden und beseitigt ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schneidmaschine für Papier, Pappe oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine Schneidmaschine dahingehend zu verbessern, daß eine Erfassung ihrer Schnittqualität durch automatische Auswertung wesentlicher Schnittparameter ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Schneidmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung nutzt den Umstand, daß die Messerschärfe als ein wesentlicher Schnittparameter durch Verschleiß stetig abnimmt und sowohl zu einer Erhöhung der aufzu-

bringenden Betä igungskraf , die zum Durchtrennen des Schneidgu stapeis erforderlich ist, als auch zu einer größeren Durchbiegung des Schneidmessers führt.

Daher läßt sich durch Sensoren, die die aufzubringende Betätigungskraf oder die Durchbiegung des Schneidmessers oder seines Messerhalters erfassen, eine Größe zur Beur¬ teilung der Schnittqualität gewinnen. Hierbei reicht bereits eine Auswertung der Meßwerte nur eines der beiden Sensoren aus. Es können jedoch auch die Meßwerte beider Sensoren gemeinsam ausgewertet werden. Im letzteren Fall wird dann auch noch eine Auswertung weiterer Schnittpara¬ meter, wie Messerfasenwinkel, Einsatzhöhe oder Preßdruck auf den Schneidgutstapel ermöglicht.

Gemäß einer prak ischen Ausgestaltung ist der Betäti¬ gungskraf sensor an einer Betätigungsstange angeordnet.

An dieser Stelle wirken sich die den Schneidwiderstand überwindenden resul ierenden Kräfte bei Veränderungen des Schneidwiderstandes besonders stark als Betragsverände¬ rung der Betä igungskraf aus. Entsprechend ist bei Abnahme der Dehnungs- und Stauchungswerte an diesem Teil eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar.

Zweckmäßig ist der Biegesensor an der Oberfläche des Schneidmessers oder des Messerhalters angeordnet, und zwar bevorzugt im mittleren Bereich des Schneidmessers oder des Messerhalters.

Bei endlicher Dicke eines durchgebogenen Körpers treten an der Oberfläche auf der einen Seite Dehnungen und an der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite Stauchun¬ gen auf. Diese sind im mittleren Bereich des Schneidmes¬ sers oder des Messerhalters am größten, wodurch die Meßgenauigkeit hier auch am besten ist.

Bei einer praktischen Ausführung sind die Sensoren als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet.

Dehnungsmeßstreifen haben sich bereits als sehr robuste und zuverlässige Sensoren erwiesen, die über die Materi¬ aldehnung auch einen Rückschluß auf Zug- oder Druckkräfte gestatten. Besonders vorteilhaft bei der Schneidmaschine nach der Erfindung erweist sich die geringe Baugröße von Dehnungsmeßstreifen und ihre fehlende Beeinträchtigung der Schneidfunktion.

Vorzugsweise sind die Erfassungs- und Auswertevorrichtung mit einem Signalgeber verbunden.

Hierdurch ist ein Messerwechsel-Signal auslösbar, sobald bei der Auswertung der Betätigungskraft der nach dem Aufsetzen und vor dem Durchtrennen auftretende Wert der Betätigungskraf einen von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängigen Sollwert überschreitet. Das Messerwechsel-Signal kann optisch und/oder akustisch angezeigt werden oder auch nach einer bestimmten Warndauer die Schneidmaschine stillsetzen.

Ferner kann die Erfassungs- und Auswertevorrichtung mit einer Preßdrucksteuervorrichtung verbunden sein.

Hierdurch läßt sich automatisch eine Erhöhung des Pre߬ druckes auf den Schneidgutstapel vornehmen, sobald bei der Auswertung der Betätigungskraft der nach dem Aufset¬ zen auftretende zeitliche Verlauf des Wertes der Betäti¬ gungskraft einen flacheren zeitlichen Verlauf als ein von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängiger Sollver¬ lauf aufweist. Ein solcher Verlauf deutet nämlich auf ein Federn eines elastischen Schneidgutstapeis hin, der auto¬ matisch durch Erhöhung des Preßdruckes beseitigt werden kann.

Bei Auswertung der Durchbiegung ist ferner möglich, durch

die Erfassungs- und Auswertevorrichtung mittels der Pre߬ drucksteuervorrichtung eine Verminderung des Preßdruckes auf den Schneidgutstapel vorzunehmen.

Diese Maßnahme kann erfolgreich sein, wenn bei der Auswertung der Durchbiegung der nach dem Aufsetzen und vor dem Durchtrennen auftretende Wert der Durchbiegung einen von der Stapelhöhe und der Schneidgutart abhängige Sollwert überschreitet. Der Erfolg dieser Maßnahme wird daran erkennbar, daß anschließend die gemessene Durchbie¬ gung geringer ist.

Ist die Durchbiegung nicht geringer, so kann gemäß einer Weiterbildung durch die Erfassungs- und Auswertevorrich¬ tung mittels des Signalgebers ein Einsatzhöheverringe- rungs-Signal ausgelöst werden.

In diesem Fall kann manuell oder automatisch die Einsatz¬ höhe der folgenden SchneidgutStapel verringert werden. Ist dies die Ursache einer zu starken Durchbiegung gewe¬ sen, so wird die Durchbiegung anschließend geringer ausfallen.

War auch diese Maßnahme erfolglos, kann schließlich durch die Erfassungs- und Auswertevorrichtung mittels des

Signalgebers ein Messerwechsel-Signal ausgelöst werden. Es verbleibt dann nur noch eine mangelhafte Messerschärfe als unzureichender Schnittparameter, der durch Messer¬ wechsel beseitigt werden kann.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, anhand der die Erfindung erläutert wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm mit einem

Schneidkraftverlauf, Fig. 2 ein Diagramm mit einem

Durchbiegungsverlauf, Fig. 3 eine Draufsicht auf ein in einem

Messerhalter befindliches

Schneidmesser und Fig. 4 einen Querschnitt durch die

Darstellung gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm mit einem Schneidkraf verlauf, wie er bei einer Schneidmaschine, z.B. einem

Schnei Ischneider oder Dreischneider auftritt und von

einer Betätigungsvorrichtung aufgebracht werden muß. Der qualitative Schneidkraftverlauf ist bei jedem Schneidgut im wesentlichen gleich.

Das Auslösen des Schneidvorganges liegt bereits zeitlich vor dem Zeitpunkt A in Fig. 1. Innerhalb des Zeitraums vom Auslösezeitpunkt bis zum Zeitpunkt A wird das Schneidgut mittels einer Preßeinrichtung verdichtet.

Im Zeitpunkt A wird dann die Antriebsvorrichtung des Schneidmessers betätigt. Das Schneidmesser bewegt sich darauf von seiner Ausgangslage auf den Schneidgutstapel zu.

Im Zeitpunkt B setzt die Messerfase auf den Schneidgutstapel auf. Das Schneidgut wird nun im Bereich der Messerwirkung verformt und verdichtet .

Hierdurch steigt die Betätigungskraf im Bereich zwischen den Zeitpunkten B und C stark an. In dieser Phase wird die für den eigentlichen Schneidvorgang notwendige Starrheit erzeugt.

Im Zeitpunkt C überwindet die Schnittkraft den Widerstand des Schneidgutes und der eigentliche Schneidprozeß

beginn .

Innerhalb des Bereichs zwischen den Zeitpunkten C und D werden die einzelnen Lagen des Schneidgu Stapel zerteilt, wobei nach einem anfänglichen Rückgang der Schnittkraft anschließend wieder ein Kraftanstieg zu beobachten ist. Der Verlauf dieses Kurvenbereichs ist entspechend dem Schneidgut unterschiedlich.

Nach Durchtrennen der letzten Lage ist der Zeitpunkt D erreicht .

Der Kraftanstieg im Bereich zwischen den Zeitpunkten D und E ist durch das Eindringen der Messerfase in eine Schneidleiste verursacht, die aus weichem Material besteht und in die Schneidunterlage im Schneidbereich eingefaßt ist .

Die maximale Kraft im Zeitpunkt E ergibt sich aus der Eindringtiefe der Messerfase in die Schneidleiste.

Im Zeitpunkt F hat das Schneidmesser seinen unteren Umkehrpunkt erreicht und kehrt zum Zeltpunkt G in seine Ausgangsläge zurück.

Wird der Schneidkraftverlauf mit einem anfangs scharfen Schneidmesser bei ansonsten gleichbleibenden Schneidparametern fortlaufend aufgezeichnet, so steigt die Schneidkraft im Zeitpunkt C allmählich an. Es kann nun ein Wert ermittelt werden, bei dem die Schnittqualität gerade noch ausreicht und dieser Wert als Sollwert für spätere Vergleichsmessungen verwendet werden. Ein überschreiten des Sollwertes weist dann auf unzureichende Messerschärfe hin und kann als Messerwechsel-Signal ausgegeben werden.

Aus dem Kurvenverlauf läßt sich noch ein weiterer Parameter, nämlich die Preßkraft auf den SchneidgutStapel ablesen. So ergibt sich bei richtig eingestellter Preßkraft eine Vorverdichtung des Schneidgutstapels und demzufolge eine Kurvenform zwischen den Zeitpunkten B und C mit einem charakteristischen steilen Verlauf. Auch diese Kurvenform kann als Sollwert gespeichert werden.

Eine Abweichung von dieser Kurvenform, z.B. ein flacherer oder sprunghafter Verlauf, läßt auf Federn eines elastischen Schneidgutes schließen. Durch Vergleich mit dem Sollwert kann ein Korrektursignal gewonnen werden, mit dem der Preßdruck auf den Schneidgutstapel automatisch erhöht wird oder, wenn das keine Verbesserung

erbringt, die Einsatzhöhe automatisch oder manuell verringert werden.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einem Durchbiegungsverlauf. Dargestellt ist die Messerhalterbiegung, aufgetragen über einem auf eine Einsatzhöhe von 100% bezogenen Schnittweg. Unterhalb der Grafik befindet sich eine Tabelle mit Schnittparametern für die Kurven A bis E.

Die Messerschärfe ist bei dieser Darstellung nicht als veränderlicher Parameter aufgeführt, es würde sich jedoch auch hier eine Abhängigkeit erkennen lassen.

Es wurde festgestellt, daß noch weitere Einflüsse auf die Durchbiegung einwirken. So kann eine Biegung durch Abstützen des Messerhalters oder des Schneidmessers an dem Schneidgut hervorgerufen werden. Da das Schneidgut hochverdichtet ist, weicht das Schneidmesser z.B. bei Abfallschnitten aus. Bei Trennschnitten hingegen ergibt sich durch die Gegenkraft des vor dem Schneidmesser liegenden Schneidgutes eine geringere Abweichung.

Außerdem wurde eine Abhängigkeit zur

Schneidgutverdichtung und zur Einsatzhöhe beobachtet. Hierfür liefert die Darstellung Beispiele:

So ist bei einem geringeren Preßdruck mit einer geringeren Schneidmesser- oder Messerhalterbiegung zu rechnen, wie der Vergleich der Kurven A, C und D zeigt.

Bei geringerer Einsatzhöhe wird die Schneidmesser- oder Messerhalterbiegung ebenfalls geringer, wie der Vergleich der Kurven A und B zeigt .

über die Durchbiegung des Schneidmessers oder Messerhalters kann neben einer Anzeige mangelhafter Messerschärfe auch eine Steuerung des Preßdruckes auf den SchneidgutStapel oder eine Steuerung der Einsatzhöhe erfolgen. Dazu wird in Versuchsreihen ein Sollwert für eine maximale Durchbiegung ermittelt und im Betrieb später die tatsächliche Durchbiegung mit diesem Sollwert vergl ichen.

Bei Überschreitung des Sollwertes kann zunächst die Vorverdichtung des Schneidgutstapels über den Preßdruck verringert werden. Führt diese Maßnahme zu keinem Erfolg, läßt sich die Einsatzhöhe verringern. Ist auch dieser Schritt erfolglos, kann ein Messerwechsel-Signal ausgegeben werden, da als mögliche Ursache dann auch ein falscher Schneidfasenwinkel in Betracht kommt.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein in einem Messerhalter 10 befindliches Schneidmesser 12. Das Schneidmesser 12 mit dem Messerhalter 10 ist Bestandteil eines SchneiIschneiders, der dem Schneidmesser während eines Schneidprozesses eine von einer horizontalen Längsbewegung überlagerte Vertikalbewegung aufprägt. Eine mit dem Messerhalter seitlich verbundene Betätigungsstange 18 einer nicht näher dargestellten Betätigungsvorrichtung gibt diese Bewegung vor.

Auf der Betätigungsstange 18 ist ein Betätigungs¬ kraftsensor 14 in Form eines Dehnungsmeßstreifen angeordnet. Elektrische Signale des Dehnungsmeßstreifens werden einer nicht dargestellten Erfassungs- und Auswertevorrichtung zugeführt. Mit dem Betätigungs¬ kraftsensor 14 läßt sich der Schneidkraftverlauf, wie er in Fig. 1 bespielhaft dargestellt ist, über die Dehnung oder Stauchung der Betä igungsstange 18 aufnehmen und wie oben erläutert auswerten.

Ferner ist auf dem Schneidmesser 12 oder dem Messerhalter 10 ein Biegesensor 16 angeordnet . Dieser Biegesensor 16 erfaßt über die an der Oberfläche des Schneidmessers 12 oder des Messerhalters 10 auftretende Dehnung oder

Stauchung die Durchbiegung des Schneidmessers 12 oder des Messerhalters 10. Der Biegesensor 16 ist im mittleren Bereich des Schneidmessers 12 oder Messerhalters 10 angeordnet, wo die Durchbiegung am größten und die Meßgena igkeit dementsprechend am besten ist.

Auch der Biegesensor 16 ist als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet und ebenso wie der Betätigungskraftsensor mit der nicht dargestellten Erfassungs- und Auswertevorrichtung verbunden. Mit dem Biegesensor 16 läßt sich die Durchbiegung, wie sie in Fig. 2 bespielhaft dargestellt ist, aufnehmen und wie oben erläutert auswerten.

Fig. 4 zeigt der Vollständigkeit halber noch einen Querschnitt durch die Darstellung gemäß Fig. 3 und läßt die örtliche Lage des Biegesensors 16 erkennen.